巧妙的微結(jié)構(gòu)構(gòu)建和合理的成分選擇是提高光熱材料性能的有效策略。在此，一種類(lèi)似花椰菜的分級(jí)鎳@石墨烯(Ni@Gr)采用一步電化學(xué)法制備了太陽(yáng)能海水淡化膜，該膜與石墨烯的電化學(xué)剝離和石墨烯的共沉積同時(shí)進(jìn)行Ni@Gr材料。仿生的層次結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成Ni@Gr膜的光吸收率（90.36%）主要是通過(guò)引入石墨烯和光的捕集效應(yīng)來(lái)提高的。這個(gè)Ni@Gr在模擬（1個(gè)太陽(yáng)）和室外太陽(yáng)光條件下，膜的蒸發(fā)速率分別為2.05和1.16 kg m
–2 h
–1。超親水性與水分子的層次結(jié)構(gòu)Ni@Gr膜共同降低了蒸發(fā)焓（1343.6 kJ/kg），有利于突破蒸發(fā)速率的理論極限（1.47 kg m
–2 h
–1）。本研究為仿生金屬-碳復(fù)合光熱材料在太陽(yáng)能水蒸發(fā)中的應(yīng)用提供了理論依據(jù)。
圖1. Ni@Gr膜的設(shè)計(jì)：（a）工作原理Ni@Gr膜。（b和c）分級(jí)西蘭花狀結(jié)構(gòu)Ni@Gr。（d）雙重作用機(jī)理。（e） 分級(jí)結(jié)構(gòu)的光阱效應(yīng)。（f） Ni@Gr膜的親水性。
圖2. 光熱轉(zhuǎn)換膜的微觀形態(tài)和元素分布：（a）花椰菜。（b） Ni膜的SEM圖像。（c） SEM圖像Ni@Gr膜。（d） TEM圖像Ni@Gr膜。（e至i）C、O和Ni的EDSNi@Gr膜表面。（j）示意圖Ni@Gr一步電化學(xué)法制備光熱轉(zhuǎn)換膜。（k） 電化學(xué)裝置。（l） 形態(tài)形成示意圖。（m） 掃描電鏡圖像Ni@Gr膜在不同的電化學(xué)制備時(shí)間下。
圖3. （a） XPS測(cè)量光譜Ni@Gr膜。（b） C 1s光譜Ni@Gr膜。（c） Ni 2p譜Ni@Gr膜。（d） 拉曼光譜Ni@Gr膜和鎳膜。（e） 紅外光譜Ni@Gr膜。（f） X射線衍射圖Ni@Gr膜和鎳膜。（g） H
2-TPRNi@Gr膜。（h） Ni@Gr膜的WCA動(dòng)態(tài)。
圖4. 太陽(yáng)能熱性能Ni@Gr膜：（a）膜的吸收。（b） 膜的反射率。（c） 膜在不同區(qū)域的吸收。（d） 太陽(yáng)光下膜的機(jī)理圖。（e） 蒸發(fā)器上膜的溫度變化曲線。（f） 太陽(yáng)能熱性能測(cè)試裝置。（g） 蒸發(fā)器的紅外熱像。（h和i）濕膜和干膜的紅外熱像。
圖5. 界面蒸發(fā)性能Ni@Gr光熱轉(zhuǎn)換膜：（a）不同光熱轉(zhuǎn)換膜（1個(gè)太陽(yáng)）的太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)界面蒸發(fā)器的失重曲線。（b） 膜的蒸發(fā)速率（1個(gè)太陽(yáng)）。（c） 太陽(yáng)能-膜的蒸汽轉(zhuǎn)換效率（1個(gè)太陽(yáng)）。（d） 水分子的拉曼光譜Ni@Gr膜。（e） （f）蒸發(fā)過(guò)程的歸一化熱損失。（g） 輻照強(qiáng)度對(duì)輻射強(qiáng)度的影響Ni@Gr蒸發(fā)率。（h） 蒸發(fā)速率Ni@Gr膜在不同NaCl濃度下。（i） 海水淡化性能Ni@Gr膜。（j） 摩擦磨損試驗(yàn)Ni@Gr膜。（k） 界面蒸發(fā)過(guò)程中的毛細(xì)效應(yīng)。（l） 室外試驗(yàn)過(guò)程中太陽(yáng)光輻照強(qiáng)度和環(huán)境溫度的變化。
相關(guān)研究成果由長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)
De Sun課題組2024年發(fā)表在
Nano Letters (鏈接：https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.4c01938)上。原文：One-Step Electrochemically Prepared Bionic Hierarchical Nickel Black@Graphene Composite Membrane for Desalination by Solar–Thermal Energy Conversion
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號(hào)
